淺談仿真實驗在物理實驗教學(xué)的作用

摘 要:物理實驗在中學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中占有重要的地位，是學(xué)生初步了解物理世界的途徑。但是隨著科技的進步和新課程改革的要求，更多的信息技術(shù)已經(jīng)開始引進到現(xiàn)代中學(xué)物理實驗教學(xué)中去，改變了以往傳統(tǒng)單一物理實驗教學(xué)模式，其中仿真實驗技術(shù)的引進為物理實驗教學(xué)的改革創(chuàng)造了契機。本文通過作者自身的工作經(jīng)驗來探討真實驗在初中物理實驗教學(xué)中的作用。

關(guān)鍵詞:仿真實驗 初中物理 實驗教學(xué)

中圖分類號:G633.7文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)04(a)-0105-02

物理實驗在中學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中占有重要的地位，是學(xué)生初步了解物理世界的途徑。新的中學(xué)物理教學(xué)大綱中明確指出:“觀察現(xiàn)象，進行演示和學(xué)生分組實驗，能夠使學(xué)生對物理事實獲得具體的、明確的認識，這是理解概念和規(guī)律的必要的基礎(chǔ)。觀察和實驗對培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度，引起學(xué)生興趣，具有不可替代的作用?！笨梢娢锢韺嶒炘谡麄€中學(xué)物理教學(xué)過程中的重要作用。

2004年教育部制訂《普通高中物理課程標準(實驗)》指出:“現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為物理課程提供了豐富的課程資源，將信息技術(shù)與物理課程整合，既有利于學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識和技能，又有利于培養(yǎng)學(xué)生收集信息、處理信息、傳遞信息的能力”。“重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實驗室，加快中學(xué)物理學(xué)實驗軟件的開發(fā)和應(yīng)用，諸如通過計算機實時測量、處理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果等”。信息技術(shù)引進到初中物理實驗教學(xué)過程有著重要的意義，其中仿真實驗技術(shù)的引進，改變了以往傳統(tǒng)單一物理實驗教學(xué)模式的不足，為物理實驗教學(xué)的改革創(chuàng)造了契機。

1 傳統(tǒng)實驗手段的不足

我國傳統(tǒng)物理教學(xué)實驗手段通過對實驗過程中的真實操作，讓學(xué)生通過直接的觀察來理解物理理論的真實性。這些都是傳統(tǒng)實踐手段的優(yōu)點，但是相較于優(yōu)點來說傳統(tǒng)教育手段也存在嚴重的不足。首先，教師在實驗課開始之前進行大量的實驗準備包括器材的搬運和實驗材料的準備，在準備過程可能會出現(xiàn)器材的損壞和實驗材料的損失。還有一些物理實驗器材相對比較貴重，不是每個學(xué)校都有能力完成中學(xué)物理實驗教學(xué)。其次在實驗操作過程中，教師如果出現(xiàn)操作失誤很容易出現(xiàn)誤差，讓實驗沒有發(fā)揮其應(yīng)有的效果，學(xué)生也就無法對物理理論進行驗證，還有一些物理實驗存在一定的危險性，教師如果操作出現(xiàn)失誤的話很容易出現(xiàn)教學(xué)事故。再次，有的中學(xué)班級規(guī)模比較大，有的物理實驗儀器相對比較貴重和為了演示實驗，實驗過程必須集中在一個地方，物理實驗效果不明顯，造成只有很少一部分的學(xué)生能夠觀察到整個實驗過程。最后，在學(xué)生分組物理實驗過程中采用的還是原來的教師進行講解，學(xué)生進行操作，這種教學(xué)方式禁錮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，不利于培養(yǎng)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)水平。

2 仿真實驗在物理實驗教學(xué)中的作用

仿真實驗是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，利用三維圖形技術(shù)和模擬技術(shù)，對物理實驗進行模擬，讓學(xué)生沉浸于虛擬環(huán)境進行實驗，直接觀察物理實驗過程中的變化，與實驗儀器和對象進行交互，并產(chǎn)生與真實物理實驗相同的反饋信息，使學(xué)生能夠獲得與真實物理實驗一樣對物理理論更深一步的理解。仿真實驗這個新的教學(xué)形式為中學(xué)物理實驗教育開辟了新的通道，為學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識創(chuàng)造了良好的條件，改善了整個實驗過程。

2.1 改善了傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的不足

仿真實驗在中學(xué)物理實驗中的運用改善了傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的不足。首先改變了物理實驗的地點，讓物理實驗教學(xué)不再集中在教室，而是集中在了學(xué)校的機房。其次，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，不再是教師做學(xué)生看的傳統(tǒng)方式，給于每個學(xué)生都能夠直接觀看和操作物理實驗的機會。再次，擴大了物理實驗的范圍，中學(xué)物理實驗中有的儀器或者是材料是十分貴重的和易損壞的，所以很多學(xué)校教師沒有能力進行這些實驗，仿真實驗可以讓學(xué)校可以對相對比較昂貴的實驗進行演示，讓學(xué)生能夠更多的了解物理實驗。還有一些實驗需要耗費教師大量時間進行準備，仿真實驗的運用可以讓教師跳過實驗準備階段，可以提供更多的時間為學(xué)生進行實際的實驗操作。最后，中學(xué)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理上，主要的困難在與建立物理圖景，使用仿真實驗技術(shù)可以讓整個物理圖景真實精確的向中學(xué)學(xué)生進行傳達，便于學(xué)生理解相對比較復(fù)雜的的物理圖景，同時可以真實地對中學(xué)物理實驗的模擬讓中學(xué)學(xué)生能夠了解物理現(xiàn)象和物理現(xiàn)象背后所蘊含的中學(xué)物理理論知識，教師通過仿真實驗將中學(xué)物理的理論教學(xué)和物理實驗教學(xué)一個教一個做進行有機整合，相互取長補短。在中學(xué)真實進行物理實驗之前，教師可以通過仿真實驗對中學(xué)學(xué)生的物理實驗水平進行訓(xùn)練和理解。例如:包括在對實驗原理、儀器功能以及操作方法等這些中學(xué)物理實驗過程中必要步驟進行熟練掌握之后，這樣學(xué)生在進行真實物理實驗的時候可以做到有的放矢。仿真實驗的操作主要是集中在計算機上這樣學(xué)生就不會存在進行真實實驗的緊張感，仿真實驗允許學(xué)生犯錯，讓學(xué)生通過犯錯去找出自身實驗步驟的不足，這樣可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2 建立以學(xué)生為主體的教學(xué)模式

首先仿真實驗這個教學(xué)平臺能夠很好突出學(xué)生在新課程標準下的主體地位，改變傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，讓學(xué)生能夠主動參與物理課程學(xué)習(xí)。仿真實驗?zāi)茏寣W(xué)生獲得自己操作實驗取得成功的樂趣，方便學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理實驗中可能出現(xiàn)的問題，及時進行調(diào)整和更改，達到自主學(xué)習(xí)的目的。以仿真實驗為初中分物理實驗教學(xué)的平臺，可以為中學(xué)學(xué)生提供涉及物理實驗各個方面和全面開放的操作環(huán)境，讓學(xué)生能夠在計算機房通過虛擬環(huán)境去體驗真實的物理實驗操作，通過計算機和軟件讓中學(xué)學(xué)生能夠自主研究和自我學(xué)習(xí)，培養(yǎng)中學(xué)學(xué)生能夠自行設(shè)計物理實驗、對整個實驗的過程進行模擬、自己去觀察整合實驗過程，最后對能夠得到的物理理論進行整合和歸納，讓學(xué)生能夠通過自身的努力主動去獲取中學(xué)物理知識，鍛煉其自主完成物理實驗的能力。方針實驗這個技術(shù)平臺中提出為開發(fā)信息技術(shù)與物理教學(xué)之間的整合提供了良好條件?？傮w來說仿真實驗可操作性強，能夠?qū)ξ锢韺嶒炦M行真實的模擬物體，自動采取數(shù)據(jù)，進行仿真運算。這樣不僅是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺，同時經(jīng)過數(shù)據(jù)分析讓教師能夠?qū)崟r和準確了解學(xué)生的實驗過程和實驗效果為以后具體理論學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2.3 提高中學(xué)學(xué)生物理知識水平

首先，仿真實驗在中學(xué)物理實驗教學(xué)中的運用，可以讓學(xué)生將進一步強化學(xué)習(xí)到的物理知識，并在此基礎(chǔ)上完成對整個中學(xué)物理知識的整合和升華，讓物理從點和面變成立體的結(jié)構(gòu)。同時仿真實驗還可以讓學(xué)生的物理知識處于不斷更新的狀態(tài)，讓立體的結(jié)構(gòu)更加的鞏固。還有仿真實驗充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓學(xué)生能夠自愿去學(xué)習(xí)物理知識，這比傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法更加調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，能夠取得更好的教學(xué)效果。其次，仿真實驗技術(shù)與傳統(tǒng)物理課程教學(xué)的結(jié)合，可以在原有固定的物理實驗教學(xué)基礎(chǔ)上實現(xiàn)新的突破。兩者的結(jié)合，可以充分發(fā)揮仿真實驗在教育過程中所體現(xiàn)出來的優(yōu)點，讓學(xué)生能夠?qū)δ切╇y以觀察到的、復(fù)雜、困難的物理實驗通過仿真實驗進行模擬和操作，讓學(xué)生有機會接觸到學(xué)校沒有能力做的實驗，讓學(xué)生能夠完整了解中學(xué)物理課本上的每一個實驗。仿真實驗技術(shù)與傳統(tǒng)物理課程教學(xué)的結(jié)合可以讓整個物理實驗教學(xué)上升到一個更加廣闊的層面，讓學(xué)生不再是僅僅從物理教師那里獲得物理知識，中學(xué)學(xué)生可以通過自己的能力，自己去發(fā)展物理現(xiàn)象，歸納物理知識，在這些過程中教師主要是起到監(jiān)督和總結(jié)的作用，減少了教師負擔(dān)，同時還能進一步優(yōu)化中學(xué)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高中學(xué)學(xué)生的物理知識水平。

綜上所述、在新課改的條件下，物理實驗教學(xué)引進仿真實驗技術(shù)改善了傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的不足，建立了以學(xué)生為物理實驗操作者主體的新式教學(xué)方法，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和物理知識水平，減輕了教師的負擔(dān)，為我國在新經(jīng)濟條件下的物理教學(xué)開辟了新的方向。

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